CN115117732A - 一种外腔可调谐半导体激光器 - Google Patents

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金装
刘友强
秦文斌
曹银花
王智勇
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Abstract

一种外腔可调谐半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。将半导体激光器、柱面透镜、衍射光栅、部分反射镜构成外腔，半导体激光器输出端和衍射光栅分别位于柱面透镜的一倍焦距处，半导体激光器发出的激光经过柱面透镜后入射到衍射光栅，部分反射镜放置在光栅的‑1级衍射光输出方向，并与‑1级衍射光垂直，经过部分反射镜后的‑1级衍射光作为输出光。保持光栅与部分反射镜的相对角度不变，改变入射到光栅上的激光相对于光栅的入射角度，从而实现输出激光的波长调谐。本发明利用衍射光栅‑1级衍射效率最高(可达90％以上)的特点，将部分‑1级衍射光作为反馈光，其余作为输出光，可以获得高功率、高效率调谐激光输出。

Description

一种外腔可调谐半导体激光器
技术领域
本发明涉及一种外腔可调谐半导体激光器，属于半导体激光器技术领域。
背景技术
可调谐半导体激光器在原子物理、相干光通讯、测量传感等领域有着广泛的应用需求。
外腔可调谐半导体激光器是一种实现半导体激光器可调谐输出的有效结构，主要由半导体激光芯片、准直镜和光反馈元件三部分构成。其中，光反馈元件作为选频元件，对半导体激光芯片输出的激光进行选频和反馈，通过对光反馈元件的调节来实现输出激光波长调谐。目前，基于平面衍射光栅的外腔可调谐半导体激光器有两种典型结构，分别为Littrow式结构和Littman式结构。Littrow式结构，半导体激光芯片输出的激光经过准直镜准直，准直光入射到衍射光栅后沿0级衍射方向输出，通过改变光栅相对于入射光的角度实现可调谐，输出光的方向会随着光栅角度的变化而变化。Littman式结构是在Littrow式结构基础上增加了一个全反射镜，通过改变全反射镜的角度实现光的可调谐，但由于光束在外腔发生了两次衍射，损耗较大，输出功率低。
由于衍射光栅的0级衍射光无色散，不能起到选频效果，因而这两种结构均使用1级衍射光作为反馈光，0级衍射光作为输出光。这就造成在实现选频的同时，衍射效率较低，输出功率受到限制，通常在毫瓦至1瓦范围。
发明内容
本发明提出一种外腔可调谐半导体激光器，为可调谐半导体激光器提供一种高衍射效率、宽调谐范围的新方案。
本发明的特征在于，本发明所提出的外腔可调谐半导体激光器包括以下依次光连接结构：半导体激光器、柱面透镜、衍射光栅、部分反射镜；半导体激光器输出端和衍射光栅分别位于柱面透镜两侧的一倍焦距处，半导体激光器发出的激光经过柱面透镜后入射到衍射光栅，部分反射镜放置在衍射光栅的-1级衍射光输出方向位置，并且部分反射镜与-1级衍射光垂直，经过部分反射镜后的-1级衍射光作为输出光；保持衍射光栅与部分反射镜的相对角度不变，改变入射到衍射光栅上的激光相对于衍射光栅的入射角度，从而实现输出激光的波长调谐。
进一步，本发明中所述的半导体激光器与常规半导体激光器输出端面镀部分反射膜不同，其输出端面镀增透膜；
本发明中所述的柱面透镜，镀增透膜，柱面轴线对准半导体激光器发光区域中心；
本发明中所述的衍射光栅，可以是反射式衍射光栅也可以是透射式衍射光栅；
在半导体激光器、柱面透镜之间设有快轴准直镜。
本发明中所述的部分反射镜，将一部分-1级衍射光沿原光路反射，剩余的光透过部分反射镜继续出射，作为输出光。
所述的改变入射到衍射光栅上的激光相对于衍射光栅的入射角度，指的是：通过一些方式使入射光束相对于光栅的入射角度发生变化，如保持衍射光栅和部分反射镜两者的相对角度不变，绕衍射光栅的入射光束转动或者保持半导体激光器和柱面透镜两者的相对角度不变，绕衍射光栅上的入射光束位置转动等入射角度改变方式，使入射光束相对于光栅的入射角发生变化，从而使激光器的锁定波长发生变化，实现了输出激光的可调谐。
本发明的优点在于：本发明利用衍射光栅-1级衍射效率最高(可达90％以上)的特点，将部分-1级衍射光作为反馈光，其余作为输出光，可以获得高功率、高效率调谐激光输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明的一个实施例，是利用单管半导体激光器和反射式衍射光栅的外腔可调谐半导体激光器结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例，是利用单管半导体激光器和透射式衍射光栅的外腔可调谐半导体激光器结构示意图；
附图标记说明：
1—单管半导体激光器；2—快轴准直镜；3—柱面透镜；4—反射式衍射光栅；5—部分反射镜；6—透射式衍射光栅。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
图1示出了本发明的一个实施例，是利用单管半导体激光器和反射式衍射光栅的外腔可调谐半导体激光器结构示意图。在本实施例中，单管半导体激光器1的输出面和柱面透镜3均镀增透膜，单管半导体激光器1的输出面中心和反射式衍射光栅4的中心位于柱面透镜3的光轴上，距离柱面透镜3均为一倍焦距，柱面透镜3的曲面沿单管半导体激光器1的慢轴方向。单管半导体激光器1发出的激光经过快轴准直镜2进行快轴准直后，再经过柱面透镜3，入射到反射式衍射光栅4上，-1级衍射光沿特定的角度出射，在-1级衍射光光路上放置部分反射镜5(柱面透镜3和部分反射镜5位于反射式衍射光栅4的同一侧)，并与-1级衍射光垂直，使一部分光沿原光路返回形成反馈，锁定单管半导体激光器的输出波长，其余的-1级衍射光作为输出激光。
本实施例中，反射式衍射光栅4和部分反射镜5放置在同一块底座上，两者的相对角度保持不变。绕入射光束转动底座，使入射光束相对于光栅的入射角发生变化，从而使单管半导体激光器的锁定波长发生变化，实现了输出激光的可调谐。
实施例2
图2示出了本发明的一个实施例，是利用单管半导体激光器和透射式衍射光栅的外腔可调谐半导体激光器结构示意图。在本实施例中，单管半导体激光器1的输出面和柱面透镜3均镀增透膜，单管半导体激光器1的输出面中心和透射式衍射光栅6的中心位于柱面透镜3的光轴上，距离柱面透镜3均为一倍焦距，柱面透镜3的曲面沿单管半导体激光器1的慢轴方向。单管半导体激光器1发出的激光经过快轴准直镜2进行快轴准直后，再经过柱面透镜3，入射到透射式衍射光栅6上，-1级衍射光沿特定的角度出射，在光路上放置部分反射镜5(柱面透镜3和部分反射镜5位于透射式衍射光栅6的两侧)，并与-1级衍射光垂直，使一部分光沿原光路返回形成反馈，锁定单管半导体激光器的输出波长，其余的-1级衍射光作为输出激光。
本实施例中，透射式衍射光栅6和部分反射镜5放置在同一块底座上，两者的相对角度保持不变。绕入射光束转动底座，使入射光束相对于光栅的入射角发生变化，从而使单管半导体激光器的锁定波长发生变化，实现了输出激光的可调谐。
上述实施例中，可以将单管半导体激光器替换为阵列或叠阵式半导体激光器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种外腔可调谐半导体激光器，其特征在于，包括以下依次光连接结构：半导体激光器、柱面透镜、衍射光栅、部分反射镜；半导体激光器输出端和衍射光栅分别位于柱面透镜两侧的一倍焦距处，半导体激光器发出的激光经过柱面透镜后入射到衍射光栅，部分反射镜放置在衍射光栅的-1级衍射光输出方向位置，并且部分反射镜与-1级衍射光垂直，经过部分反射镜后的-1级衍射光作为输出光；保持衍射光栅与部分反射镜的相对角度不变，改变入射到衍射光栅上的激光相对于衍射光栅的入射角度，从而实现输出激光的波长调谐。
2.按照权利要求1所述的一种外腔可调谐半导体激光器，其特征在于，半导体激光器输出端面镀增透膜。
3.按照权利要求1所述的一种外腔可调谐半导体激光器，其特征在于，柱面透镜，镀增透膜，柱面轴线对准半导体激光器发光区域中心。
4.按照权利要求1所述的一种外腔可调谐半导体激光器，其特征在于，衍射光栅，是反射式衍射光栅或透射式衍射光栅。
5.按照权利要求1所述的一种外腔可调谐半导体激光器，其特征在于，在半导体激光器、柱面透镜之间设有快轴准直镜。
6.按照权利要求1所述的一种外腔可调谐半导体激光器，其特征在于，部分反射镜，将一部分-1级衍射光沿原光路反射，剩余的光透过部分反射镜继续出射，作为输出光。
7.按照权利要求1所述的一种外腔可调谐半导体激光器，其特征在于，所述的改变入射到衍射光栅上的激光相对于衍射光栅的入射角度，指的是：通过一些方式使入射光束相对于光栅的入射角度发生变化，如保持衍射光栅和部分反射镜两者的相对角度不变，绕衍射光栅的入射光束转动或者保持半导体激光器和柱面透镜两者的相对角度不变，绕衍射光栅上的入射光束位置转动等入射角度改变方式，使入射光束相对于光栅的入射角发生变化，从而使激光器的锁定波长发生变化，实现了输出激光的可调谐。
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